Построение 3D моделей противоударным квадрокоптером Elios 2: как получить данные для фотограмметрии

Медодика сбора данных для создания фотограмметрических 3D-моделей промышленной системой телеинспекции на основе противоударного дрона Elios 2.

3D модель дымовой трубы

3D моделирование и фотограмметрия

3D труба

Из статьи вы узнаете, как с помощью специального промышленного дрона можно собрать данные для создания 3D фотограмметрических моделей. Ключевые моменты в создании фотограмметрических моделей промышленных объектов для избежания ошибок на начальном этапе, а также особые приемы и хитрости, которыми пользуются профессионалы в 3D-моделировании.

Даже если вы знакомы с наружной фотограмметрией, вам всё равно лучше ознакомиться с этой статьей, поскольку внутреннее 3D-моделирование немного отличается от наружной фотограмметрии по двум простым причинам: отсутствие сигнала GPS и отсутствие или ограниченное количество света. Мы делимся с вами проверенными на практике советами, чтобы гарантировать, что вы получите необходимое качество изображения и будете следовать правильной траектории полета, чтобы быть преуспеть в 3D-моделировании.

Фотограмметрия – это 3D-сканирование объектов или местности в результате которого вы получаете точную 3D модель, готовую к обработке в программных комплексах PhotoScan (Agisoft), Pix4Dmapper (Pix4D), ContexCapture (Bentley Systems) и других подобных системах. Фотограмметрия позволяет определить размеры и форму объекта по снимкам, пространственное положение в заданной системе координат, а также площадь, объём и различные сечения, и всё это делается дистанционно при помощи специального лазерного сканера в руках человека, на борту самолёта или при помощи БПЛА. В результате сканирования вы получаете наиболее достоверный трёхмерный образ объекта.

Blue Factory Chimney 323 324 light

Качество изображения

Фотограмметрия в условиях отсутствия сигнала GPS, основывается исключительно на визуальной информации. Поэтому качество изображения имеет первостепенное значение. Вот как обеспечить подходящее качество изображения с системой видеоинспекции Elios 2.

  • Установите разрешение камеры в 4K. Мы рекомендуем собирать данные с самым высоким разрешением и уменьшить масштаб изображения если вам нужно сократить время обработки. Поскольку фотограмметрия работает с изображениями, программное обеспечение Inspector – установленное на промышленный дрон Elios 2 -позволяет извлекать видеокадры и сохранять их в виде изображений.
  • Установите освещение на максимальную интенсивность. При взлёте освещение автоматически увеличивается до максимальной интенсивности, не уменьшайте её.
  • Избегайте помех в поле зрения камеры. Не наклоняйте камеру ниже -30°, чтобы избежать помех со стороны защитного каркаса дрона.
  • Обеспечьте правильную экспозицию изображения. В общем случае установите компенсацию EV в 0. В больших объектах держитесь поближе к стенам и камерой повернутой к ним. Если вы повернете камеру к пустоте, изображение, скорее всего, будет недодержанным (тёмным).
  • Избегайте высоких значений ISO для ограничения шума изображения. Высокие значения ISO могут значительно повредить процессу фотограмметрии. Чтобы уменьшить значение ISO, летите ближе к стенам или объекту. Камера автоматически уменьшит ISO, когда сцена будет лучше освещена.
  • Избегайте длительного времени экспозиции, чтобы ограничить размытие движения. По нашему опыту, время экспозиции более 1/60 может быть проблемой. Как и ISO, время экспозиции определяется количеством света, получаемого камерой. Чтобы сократить время экспозиции, летите ближе к объектам или стенам.
  • Адаптируйте свою скорость. Размытие движения пропорционально оптическому потоку-скорости, с которой объекты движутся на изображении. Чтобы уменьшить размытие движения, летайте медленно. Избегайте поворотов (рыскание/курс и шаг камеры) как можно больше, так как они генерируют высокий оптический поток.
  • Фокусное расстояние. Обратите внимание, что камера системы видеоинспекции Elios 2 использует фиксированное фокусное расстояние, необходимое для 3D-моделирования.

3D изображение с коптера
Сбор данных (слева) и 3D-модель (справа)

Траектория полёта

Траектория полёта коптера должна быть адаптирована к геометрии объекта, площади покрытия и ожидаемому уровню детализации. Полёт по хорошей траектории требует высокого уровня навыков пилотирования. Не доверяйте дрон новичкам, пройдите обучение и получите навыки пилотирования. Профессиональный дрон Elios 2 – не игрушка и стоит прилично.

  • Оцените объект обследования. Используйте первую батарею, чтобы исследовать объект и найти ориентиры, которые вы можете легко распознать. Определите область, которую вы хотите отобразить. Решите, с чего начать и где остановиться, с какими препятствиями вы можете столкнуться, и какие ориентиры могут помочь вам найти свой путь.
  • Используйте шаблон сетки, если это возможно. С помощью этого шаблона, вы будете летать либо по горизонтальным, или по вертикальным линиям. Подробнее о планах получения изображений читайте на сайте поддержки Pix4D. Чтобы выбрать между горизонтальными и вертикальными линиями, наблюдайте за отображаемой областью и попытайтесь найти линейные объекты, которые могут вас направлять. Это могут быть сварные швы или соединения, или болты, которые лежат на линии, или любой объект, который повторяется и образует линию. Такие функции помогут вам оставаться выровненными по шаблону сетки.
  • Выберите расстояние до стены (или пола, или потолка), учитывая два аспекта:
    • Желаемый уровень детализации, выраженный в размере пикселя по поверхности (GSD). GSD измеряется в миллиметрах на пиксель (мм/px); чем ближе вы летите, тем ниже GSD и тем больше деталей будет воспроизведено в 3D-модели.
    • Расстояние между линейными объектами, которые могут направлять вас. Если вы летите слишком близко, а объекты находятся далеко друг от друга, вы можете их не увидеть, и вы рискуете отклониться от шаблона сетки.
  • Летайте на постоянном расстоянии от стен или предметов. Фотограмметрическому программному обеспечению проще сопоставлять изображения с одинаковым масштабом (когда один и тот же объект отображается с одинаковым размером). Как правило, сопоставление не выполняется для изображений, где один и тот же объект наблюдается в масштабах, отличающихся более чем в 2 раза.
  • Обеспечьте перекрытие. Фронтальное перекрытие (в направлении движения дрона) можно регулировать при извлечении изображений из видео. Боковое перекрытие определяется расстоянием до стены и расстоянием между линиями полета. Мы рекомендуем 50% поперечного перекрытия.
  • Обеспечить визуальную непрерывность. Планы получения изображений (например, шаблон сетки) являются хорошими концепциями, но вы увидите их ограничения очень быстро, если вы летите в сложном объекте. Из-за геометрии объекта и неожиданных изменений, с которыми вы можете столкнуться, вы можете импровизировать “план свободного полета”. Тем не менее, каждое изображение, используемое для фотограмметрии, должно перекрываться по крайней мере с 3-4 другими изображениями (предыдущими/следующими изображениями). Имейте в виду следующее:
    • Избегайте быстрых поворотов, которые заставят вас столкнуться с совершенно новой сценой в течение секунды
    • Избегайте прохождения через люки или очень близко к объектам, которые могут внезапно скрыть или показать совершенно новую сцену.
  • Закройте петлю. Цикл производится при повторном посещении места, которое вы уже посетили ранее в полете. Если вы снимаете изображения, которые очень похожи на ранее записанные, программное обеспечение фотограмметрии может сопоставить их и исправить любой дрейф, который может накопиться с течением времени. Для этого убедитесь, что при закрытии цикла одни и те же объекты видны с одного и того же угла и расстояния. Постарайтесь заранее определить (во время наблюдательного полёта), как вы будете замыкать петлю. Это может быть определённая достопримечательность, которая легко узнаваема и занимает центральное место в области, которую вы хотите отобразить. Иногда, закрытие петель производится легко по форме объекта. Кроме того, часто можно использовать точку входа / выхода для замыкания петли.

Тренируйтесь, старайтесь и проявите терпение и настойчивость

Независимо от того, что вы узнали и обнаружили в этой статье, помните, что сбор данных для 3D-моделирования в помещении является трудной задачей, которая требует высокого уровня навыков пилотирования. Убедитесь, что вы правильно применяете вышеуказанные советы и будьте настойчивы.

С практикой вы будете становиться всё лучше и лучше в сборе фотограмметрических данных, и вы будете наслаждаться всеми преимуществами обладания цифровыми моделями ваших промышленных объектов, полученных с помощью системы визуальной видеоинспекции на базе противоударного дрона ELIOS 2 в защитном каркасе.